Базовая электроника - JFET
JFET сокращенно обозначается как Junction Field Effect Transistor. JFET похож на обычный полевой транзистор. Типы JFET - n-канальный полевой транзистор и P-канальный полевой транзистор. Материал p-типа добавляется к подложке n-типа в полевом транзисторе с n-каналом, тогда как материал n-типа добавляется к подложке p-типа в полевом транзисторе с p-каналом. Следовательно, достаточно обсудить один тип полевого транзистора, чтобы понять оба.
N-канальный полевой транзистор
N-канальный полевой транзистор - наиболее часто используемый полевой транзистор. Для изготовления N-канального полевого транзистора берется узкая полоса полупроводника N-типа, на которой материал P-типа формируется путем диффузии на противоположных сторонах. Эти две стороны соединяются, образуя единое соединение для терминала ворот. Это можно понять из следующего рисунка.
Эти два отложения затвора (материалы p-типа) образуют два PN-диода. Пространство между воротами называетсяchannel. Большинство перевозчиков проходят через этот канал. Следовательно, поперечное сечение полевого транзистора понимается как следующий рисунок.
Омические контакты выполнены на двух концах полупроводниковой шины n-типа, которые образуют исток и сток. Выводы истока и стока можно менять местами.
Работа N-канального полевого транзистора
Прежде чем приступить к работе с полевым транзистором, необходимо понять, как формируются обедненные слои. Для этого предположим, что напряжение на выводе затвора говоритVGG имеет обратное смещение, в то время как напряжение на выводе стока говорит VDDне применяется. Пусть это так 1.
В case 1, Когда VGG имеет обратное смещение и VDDне применяется, обедненные области между слоями P и N имеют тенденцию к расширению. Это происходит, когда приложенное отрицательное напряжение притягивает отверстия из слоя p-типа к выводу затвора.
В case 2, Когда VDD прикладывается (положительная клемма к стоку и отрицательная клемма к истоку) и VGG не применяется, электроны текут от истока к стоку, которые составляют ток стока. ID.
Давайте теперь рассмотрим следующий рисунок, чтобы понять, что происходит, когда подаются оба материала.
Питание на выводе затвора вызывает рост обедненного слоя, а напряжение на выводе стока позволяет току стока от истока к выводу стока. Предположим, что точка на выводе истока - это B, а точка на выводе стока - это A, тогда сопротивление канала будет таким, что падение напряжения на выводе A больше, чем падение напряжения на выводе B.
VA>VB
Следовательно, падение напряжения увеличивается по длине канала. Таким образом, эффект обратного смещения сильнее на выводе стока, чем на выводе истока. Вот почему слой истощения имеет тенденцию проникать в канал больше в точке A, чем в точке B, когда обаVGG и VDDприменяются. Следующий рисунок объясняет это.
Теперь, когда мы поняли поведение полевого транзистора, давайте рассмотрим реальную работу полевого транзистора.
Режим истощения
Поскольку ширина обедненного слоя играет важную роль в работе полевого транзистора, название режима работы истощения подразумевает. У нас есть еще один режим, называемый расширенным режимом работы, который будет обсуждаться при работе полевых МОП-транзисторов. НоJFETs have only depletion mode операции.
Предположим, что между выводами затвора и истока нет потенциала, а потенциал VDDприменяется между стоком и истоком. Теперь токIDтечет от стока к клемме истока, в максимуме, поскольку ширина канала больше. Пусть напряжение между затвором и истокомVGGимеет обратное смещение. Это увеличивает ширину истощения, как обсуждалось выше. По мере роста слоев поперечное сечение канала уменьшается и, следовательно, ток стокаID также уменьшается.
Когда этот ток стока дополнительно увеличивается, возникает стадия, когда оба обедненных слоя соприкасаются друг с другом и предотвращают ток IDтечь. Это ясно показано на следующем рисунке.
Напряжение, при котором оба этих обедненных слоя буквально «соприкасаются», называется «Pinch off voltage». Обозначается как ВП. В этот момент ток стока буквально равен нулю. Следовательно, ток стока является функцией обратного напряжения смещения на затворе.
Поскольку напряжение затвора контролирует ток стока, полевой транзистор называется voltage controlled device. Это более четко видно по кривой характеристик стока.
Характеристики стока JFET
Давайте попробуем суммировать функцию полевого транзистора, с помощью которой мы можем получить характеристическую кривую для стока полевого транзистора. Схема полевого транзистора для получения этих характеристик приведена ниже.
Когда напряжение между затвором и истоком VGS равен нулю, или они закорочены, ток ID от истока к стоку также равно нулю, так как нет VDSприменяется. Поскольку напряжение между стоком и истокомVDS увеличивается, текущий поток IDот истока к стоку увеличивается. Это увеличение тока линейно до определенного момента.A, известный как Knee Voltage.
Клеммы затвора будут находиться в состоянии обратного смещения и как IDувеличивается, области истощения имеют тенденцию сужаться. Это сужение неодинаково по длине, поэтому эти области сближаются на сливе и дальше на сливе, что приводит кpinch offвольтаж. Напряжение отсечки определяется как минимальное напряжение между стоком и истоком, при котором ток стока приближается к постоянному значению (значению насыщения). Точка, в которой возникает это напряжение отсечки, называетсяPinch off point, обозначенный как B.
В виде VDS при дальнейшем увеличении сопротивление канала также увеличивается таким образом, что IDпрактически остается постоянным. РегионBC известен как saturation regionили область усилителя. Все это вместе с точками A, B и C показано на графике ниже.
Характеристики стока построены для тока стока. ID от напряжения стока истока VDSдля разных значений напряжения затвора истока ВГС. Общие характеристики стока для таких различных входных напряжений приведены ниже.
Поскольку отрицательное напряжение затвора контролирует ток стока, полевой транзистор называется устройством, управляемым напряжением. Характеристики стока указывают на производительность полевого транзистора. Приведенные выше характеристики стока используются для получения значений сопротивления стока, крутизны и коэффициента усиления.